Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 42 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
42
Dung lượng
13,79 MB
Nội dung
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀCƠNGNGHỆ CẤP BỘ BÁO CÁO TĨM TẮT KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNGNGHỆ ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨUCÔNGNGHỆTÍCHHỢPVÀXỬLÝDỮLIỆU INS/GPS, PHỤCVỤCÔNGTÁCĐÀOTẠONGÀNHTRẮCĐỊA - BẢN ĐỒ” MÃ SỐ: 2015.07.09 Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: Trường ĐH Tài nguyên Môi trường HN Chủ nhiệm đề tài/dự án: ThS Đỗ Văn Dương Hà Nội – 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀCƠNGNGHỆ CẤP BỘ BÁO CÁO TĨM TẮT KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNGNGHỆ ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨUCƠNGNGHỆTÍCHHỢPVÀXỬLÝDỮLIỆU INS/GPS, PHỤCVỤCÔNGTÁCĐÀOTẠONGÀNHTRẮCĐỊA - BẢN ĐỒ” MÃ SỐ: 2015.07.09 Chủ nhiệm đề tài/dự án: (ký tên) ThS Đỗ Văn Dương Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: (ký tên đóng dấu) PGS.TS Phạm Quý Nhân Hà Nội - 2017 Đặt vấn đề Việc thu thập thông tin địalý cách tức thời trở nên cần thiết để phụcvụ cho việc thơng tin nhanh, ứng phó với thiên tai, thảm họa thiên nhiên Sự phát triển ứng dụng tự động hóa việc thu thập liệu thông tin địalý lên xu hướng năm gần để thay cho côngnghệ truyền thống Trên giới, từ năm 90 kỷ trước, hệ thống lập đồ di động mặt đất hàng không đề xuất phát triển phụcvụ việc thu thập liệuđịalý cách tự động, nhanh chóng Những năm gần chứng kiến phát triển mạnh mẽ hệ thống lập đồ di động sử dụng máy bay không người lái Về nguyên lý bản, hệ thống lập đồ di động (MMS) giống hệ thống bay chụp ảnh hàng khơng truyền thống, việc thu thập liệu để thành lập đồ bao gồm hai bước chính: (1) Thu nhận hình ảnh máy chụp ảnh đám mây điểm máy quét laser (2) Tính chuyển tọa độ điểm từ hệ tọa độ khung ảnh (máy quét laser) hệ tọa độtrắcđịa quy chuẩn Côngnghệ phổ biến sử dụng cho mục đích sử dụng hệ thống tham chiếu tọa độ trực tiếp với tíchhợp hệ thống định vị tồn cầu (GPS) hệ thống định vị quán tính (INS) với cảm biến quán tính (IMU) Ở nước, với việc phát triển khai thác sử dụng hệ thống MMS, hệ thống Lidar hàng không, hệ thống chụp ảnh hàng không sử dụng máy bay không người lái, hệ thống định vị, định hướng INS/GPS đề cập đến Tuy nhiên, nghiêncứu nước tồn số hạn chế cần nghiêncứu sau: - Các nghiêncứucơngnghệtíchhợp INS/GPS nước tập trung chủ yếu vào ứng dụng cho định vị dẫn đường phương tiện giao thông lĩnh vực quân Việc nghiêncứu hệ thống INS/GPS ứng dụng cho ngànhtrắcđịađồ hạn chế chưa đầy đủ - Các nghiêncứu nước nghiêncứu phương pháp tíchhợp lỏng, trị đo GPS cung cấp cho hệ thống vị trí vận tốc máy thu GPS Việc tíchhợp chặt sử dụng trực tiếp trị đo GPS thô khoảng cách giả, trị đo Doppler, hay trị đo pha sóng tải chưa đề cập - Vẫn hạn chế việc nghiêncứu đề, xuất tíchhợp thêm cảm biến phụ trợ nhằm nâng cao độ xác tính ổn định hệ thống tíchhợp - Chưa tập trung đến phương pháp sử lý số liệu cho sử lý sau phép lọc hai chiều, phép ước lượng trơn để nâng cao độ xác hệ thống - Các module phần mềm giới thiệu nghiêncứu chủ yếu module phần mềm mơ đơn giản, chưa nhiều tham số thiết đặt cho việc xửlý số liệu Điều gây khó khăn cho người sử dụng phát triển cho ứng dụng thực tế - Các nghiêncứu nước hạn chế việc nghiêncứu thử nghiệm hệ thống INS/GPS mơi trường nhiễu, khuất tín hiệu GPS - Việc thử nghiệm đánh giá độ xác hệ thống chưa thật thuyết phục tin cậy thiếu hệ thống chuẩn phương pháp đo đạc đủ tin cậy - Đối với côngtácđàotạo lĩnh vực Trắc địa-Bản đồ Việt nam, côngnghệ GPS đưa vào chương trình giảng dạy, nhiên, năm gần với côngnghệ yêu cầu xác định cách đồng thời tham số vị trí hướng tần số đầu cao côngnghệ Lidar hàng không, côngnghệđo ảnh sử dụng máy bay không người lái riêng cơngnghệ GPS chưa đủ mà cần phải tíchhợp thêm hệ thống INS phương pháp xửlý số liệutíchhợp Để khắc phục tồn nghiêncứu trên, đề tài này, tác giả giải vấn đề sau: - Nghiêncứucơngnghệtíchhợp INS/GPS ứng dụng cho ngànhTrắc địa-Bản đồ - Tập trung vào phương pháp tíchhợp chặt INS/GPS sử dụng trực tiếp trị đo GPS thô khoảng cách giả, trị đo Doppler, hay trị đo pha sóng tải Với phương pháp tíchhợp chặt, hệ thống tận dụng tín hiệu GPS vệ tinh quan sát, nhờ nâng cao độ xác hệ thống mơi trường đo bị nhiễu, khuất tín hiệu GPS - Nghiêncứutíchhợp trị đoINS với trị đo GPS tương đối động để nâng cao độ xác định vị, qua kết hợp hệ thống thiết kế với trạm tham chiếu tọa độ (Trạm Cors) sẵn có khu vực - Nghiên cứu, tíchhợp thêm cảm biến phụ trợ la bàn điện tử, cảm biến vận tốc, cảm biến độ cao nhằm nâng cao độ xác tính ổn định hệ thống - Các phép lọc hai chiều, ước lượng trơn tập trung nghiêncứu để nâng cao độ xác phương pháp xửlý số liệutíchhợp - Thiết kế xây dựng phần mềm xửlý số liệu đầu hệ thống tíchhợp với giao diện người dùng để tiện lợi cho việc nghiên cứu, thử nghiệm sử dụng cho thực tế sản xuất - Nghiên cứu, đề xuất thử nghiệm hệ thống tíchhợp INS/GPS đa dạng mơi trường bị nhiễu, khuất tín hiệu GPS đô thị, môi trường đồi núi, qua đường hầm - Thử nghiệm đánh giá độ xác hệ thống dựa hệ thống chuẩn phần mềm thương mại phương pháp đo đạc thực địa xác - Các nghiêncứu đề tài sở để cung cấp tài liệu khoa học, bổ sung trang thiết bị thí nghiệm phụcvụđàotạocơngnghệtíchhợp INS/GPS, ứng dụng ngànhTrắc địa-Bản đồ Việt Nam Mục tiêu nghiêncứu - Phát triển hệ thống tíchhợp INS/GPS sử dụng cảm biến quán tính máy thu GPS,phụcvụcôngtácđàotạongànhTrắc địa-Bản đồ - Thiết kế, xây dựng phần mềm để xửlý số liệutíchhợp INS/GPS - Thử nghiệm độ tin cậy hệ thống tíchhợp phần mềm I TỔNG QUAN CÁC NGHIÊNCỨU VỀ HỆ THỐNG INS/GPS 1.1 Trên giới Mặc dùnghiêncứu phát triển từ sớm (1960) hệ thống INS trước thường bị hạn chế phổ biến ứng dụng thương mại với hai lý thường liên quan đến ứng dụng lĩnh vực quân giá thành cho hệ thống thường cao (hàng trăm ngàn đô la Mỹ/ bộ) Ưu điểm hệ thống INS vận hành cách độc lập để cung cấp thông tin định vị, định hướng tần số đầu cao (50-200 Hz) Trong năm gần đây, nhờ phát triển côngnghệ vi điện tử, hệ thống INS sử dụng cảm biến quán tính vi điện tử (MEMS IMU) với kích thước nhỏ, nhẹ, giá thành thấp (vài trăm đến vài ngàn đô la Mỹ) xu hướng khai thác sử dụng hệ thống ứng dụng dân Tuy nhược điểm hệ thống INS sử dụng MEMS IMU sai số tăng nhanh theo thời gian ảnh hưởng nguồn sai số hệ thống nhiễu MEMS IMU Ở mặt khác, từ xây dựng thương mại hóa phần cho mục đích dân sự, hệ thống GPS nghiêncứu sử dụng cách rộng rãi cho đa dạng mục đích định vị, dẫn đường đo đạc đồ Ưu điểm GPS cung cấp thơng tin vị trí với độ xác ổn định ( cỡ mét với định vị điểm đơn cỡ cm với định vị vi phân) thời điểm, nơi bề mặt trái đất môi trường thông thống Tuy nhiên GPS có nhược điểm tần số đầu thấp (1 Hz), bị nhiễu thông tin định vị điều kiện môi trường bị nhiễu, khuất tín hiệu GPS đường hầm, mặt nước hay rừng rậm Do vậy, để đảm bảo thông tin định vị, định hướng cách tin cậy, liên tục điều kiện môi trường cho mục đích định vị dẫn đường MMS, việc tíchhợp GPS INS sử dụng MEMS IMU giải pháp hiệu nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi giới Hình 1.1 minh họa số hệ thống tíchhợp INS/GPS thương mại Hình 1.1 Một số hệ thống INS/GPS thương mại: (a) Span LCI (Novatel, Canada), (b) C-MIGIT (BEI, USA), (c) MIDG (Robotics, USA) Mặc dùlý thuyết, hệ thống tíchhợp INS/GPS cung cấp thông tin định vị, định hướng cách liên tục với độ xác ổn định, vấn đề chỗ điều kiện môi trường bị nhiễu tín hiệu GPS, sai số vị trí hệ thống tăng nhanh, đặc biệt với hệ thống tíchhợp sử dụng MEMS IMU giá thấp Ở khía cạnh khác, coi cung cấp thơng tin định vị với độ xác ổn định, thực tế GPS chịu ảnh hưởng nhiều nguồn sai số nguồn sai số gây sai số trị đo GPS với độ lớn phụ thuộc vào môi trường đo, máy đo phương pháp đoDoxu hướng nghiêncứu giới tập trung vào phương pháp nhằm nâng cao độ xác định vị, định hướng hệ thống INS/GPS sử dụng cảm biến IMU máy thu GPS giá thấp Để đạt mục đích này, có ba cách tiếp cận chính, phổ biến nghiêncứu nâng cao độ xác INS, nâng cao độ xác GPS cải thiện phương pháp tíchhợp INS/GPS Để nâng cao độ xác INS, phương pháp thường tập trung nghiêncứu thông qua phép kiểm nghiệm nhằm phát nguồn sai số hệ thống nhiễu gây cảm biến qn tính, từ hiệu chỉnh vào liệu đầu cảm biến giảm bớt sai số phương pháp xửlý số liệu thích hợp Với phương pháp kiểm nghiệm IMU, nhược điểm phương pháp đòi hỏi phải trang bị thiết bị chun dụng phòng thí nghiệm để kiểm nghiệm, điều số trường hợp không khả thi làm tăng giá thành chung hệ thống Ở hướng khác, giá trị loại sai số hệ thống IMU ước lượng thông qua phương pháp xửlý số liệu q trình xửlý số liệutíchhợp INS/GPS Ưu điểm phương pháp không yêu cầu thiết bị quy trình kiểm nghiệm đắt tiền Tuy nhược điểm độ tin cậy ước lượng sai số không cao so với phương pháp kiểm nghiệm phòng thí nghiệm Đối với GPS, đề cập trên, độ xác định vị GPS phụ thuộc vào ba yếu tố điều kiện môi trường, chất lượng máy thu phương pháp định vị Đối với ứng dụng định vị dẫn đường MMS, hai phương pháp định vị GPS phù hợp cho độ xác cao thường áp dụng định vị đơn xác (Precise Point Positioning (PPP)) định vị tương đối động (Kinematic positioning) Theo tài liệunghiêncứu nguồn sai số kiểm nghiệm tốt sử dụng lịch vệ tinh xác, độ xác định vị phương pháp PPP đạt cỡ dm Với định vị tương đối động, khoảng cách từ trạm sở đến máy thu di động không dài (